乳脂肪球膜的组成与应用研究进展

乔发东

（河南工业大学 生物工程学院，郑州450001）

乳脂肪球膜的组成与应用研究进展

乔发东

（河南工业大学 生物工程学院，郑州450001）

综述了乳脂肪球膜的组成、分离提取方法与应用的研究进展，对有效利用乳脂肪球膜资源提供参考。

乳脂肪球膜；组成特性；分离提取；应用

1 乳脂肪的形成与存在形式

乳脂肪在乳腺的分泌细胞内形成[1-3]。三酰基甘油在粗面内质网内部或表面合成，然后以乳脂微粒的形式在细胞质内积累。乳脂微粒通过相互融合，体积增大，形成大小不同的脂质滴，通过细胞质被转运到细胞的极端，最后由上皮细胞分泌。在分泌过程中，脂质滴表面被装配上外脂膜。因此，乳中的脂肪球不是简单的水包油乳浊液；脂肪球表面由一层组成复杂的薄膜包裹，通常称这种膜为脂肪球膜，具有乳化作用，既能阻止脂肪球彼此聚集结合，又能够防止酶的作用。

牛乳的脂肪质量分数为3%～5%，以液滴或球状稳定地分散在乳中。脂肪球的直径为0.2～15 μm，以直径4 μm左右的脂肪球居多。脂肪球膜是由一个明显的双分子层组成。构成脂肪球膜的成分及分布状态有许多研究报道[1-4]。

2 脂肪球膜的主要组成成分与特性

脂肪球膜的质量分数与乳脂肪质量分数和脂肪球的大小有关[2-3]。脂肪球膜约占脂肪球质量的2%～6%，由蛋白质、磷脂、糖蛋白、三酰基甘油、胆固醇、酶和其他微量成分组成。蛋白质和磷脂占脂肪球膜干重的90%以上。

2.1 膜蛋白

蛋白质占脂肪球膜质量的25%～60%，通过电泳分离和等电聚焦电流分离技术已鉴定出40多种蛋白质，Mather[5]和Danthine等[6]对主要蛋白质的结构、氨基酸序列和特性进行了详细论述。脂肪球膜中的主要蛋白质如表1所示。

表1 脂肪球膜蛋白的组成

粘蛋白I是一个重糖化的类粘蛋白样糖蛋白（含糖量高达50%），对牛奶进行冷却和搅拌时，粘蛋白I很容易从脂肪球膜中解离出来进入脱脂乳中。

黄嘌呤氧化酶约占脂肪球膜总量的20%，属于铁-硫-钼黄素羟化酶家族，催化黄嘌呤转变成尿酸。由两个相同的亚基组成的二聚体，分子量约为150 ku，属于外周膜蛋白，高浓度的盐溶液或非离子型洗涤剂能将其洗掉60%以上[7]。

嗜乳脂蛋白是一种主要糖蛋白，分别占黑白花牛（Holstein cows）乳脂肪球膜蛋白40%和泽西牛（Jerseycows）乳脂肪球膜蛋白20%[8]。分子量67 ku，含有约5%的碳水化合物。由526个氨基酸组成的肽链，与脂肪球膜牢固结合，不能用离液剂和洗涤剂（包括1%的SDS溶液）提取[7]。

嗜乳脂蛋白与黄嘌呤氧化酶以一个稳定的摩尔比例（4∶1）存在。两种蛋白之间发生交互作用形成了二硫键，当二硫键减少时，黄嘌呤氧化酶能够从脂肪球膜中释放出来。其他能够与嗜乳脂蛋白发生交互作用的蛋白质还有PASⅢ和一小部分的PAS 6。嗜乳脂蛋白和黄嘌呤氧化酶能够与脂肪酸紧密结合，具有结合优势的脂肪酸是棕榈酸，硬脂酸和油酸[9]。

PAS 6和PAS 7分别是Periodic acid/Shiff 6和7的缩略语。在SDS-PAGE电泳中，用考马斯蓝和PAS试剂染色后，能够清晰看到两条主要蛋白质的条带。它们的分子量为48～54 ku。PAS 6和PAS 7的氨基酸序列相同，但两者的糖基含量不同[10]。PAS 6和PAS 7与脂肪球膜松散结合，可能也与磷脂结合，用盐溶液能够从膜上将其洗脱下来。

PASⅢ是一种糖蛋白，分子量为100 ku，与脂肪球膜结合在一起。CD36也是一种糖蛋白，含有约24%的糖类，分子量为77 ku，大约占脂肪球膜蛋白的5%，是构成脂肪球膜的主要蛋白质。

脂肪球膜至少含有25种酶类，其中一半以上是水解酶系的成员，其次为氧化还原和转移酶系。最丰富的酶是黄嘌呤氧化酶和碱性磷酸酶[2]。

2.2 膜脂质

脂肪球膜中存在的主要中性脂质和极性脂质的组成列于表2中[2,11]。三酰基甘油是主要的中性脂，其中一部分是分离脂肪球膜时带来的非膜脂质成分[12]。脂肪球膜中存在的三酰基甘油，其长链饱和脂肪酸含量较高。甾醇及甾醇酯含量变化很大，胆固醇占甾醇总量的90%。此外，也存在单、二酰基甘油和游离脂肪酸。

表2 脂肪球膜脂质的组成[13]

牛奶中约60%的磷脂与脂肪球结合，其余部分在游离到脱脂乳中的脂肪球膜上[2]。含量丰富的磷脂是：两性离子形式的磷脂酰胆碱（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺和鞘磷脂；而阴离子形式的磷脂酰丝氨酸和磷脂酰肌醇含量较低（表2）。脂肪球膜中的磷脂含有大量长链脂肪酸（如C16:0、C18:0和C23:0），而短、中链脂肪酸含量较低[5]。脂肪球膜中也存在两种中性鞘糖脂，即葡萄糖神经酰胺（35%）和乳糖神经酰胺（65%）。神经节苷脂是由神经酰胺和一个寡糖链组成的鞘糖脂结合到一个或多个唾液酸和几个糖分子上，在膜蛋白中的质量分数为8 mg/g[14]。

3 乳脂肪球膜的分离提取

从稀奶油、酪乳或全乳中分离提取脂肪球膜主要有4个步骤：首先，用离心法从全乳中分离出脂肪球；然后，在特定温度下用生理缓冲液冲洗2～3次，乳盐缓冲液或蔗糖溶液能够减少膜成分的流失[3]；第三，在低温（＜10℃）条件下，破坏脂肪球膜（搅拌、冻融、非离子洗涤剂、极性质子溶剂），释放出脂肪球膜成分；最后，用高速离心法（90～100 kg，60 min）、低pH值沉淀法或添加硫酸铵低速离心法收集脂肪球膜成分。

奶油生产的副产物（酪乳）中，含有较多的脂肪球膜，适宜做工业化、规模化提取脂肪球膜的原料。但是，酪乳中酪蛋白胶粒与脂肪球膜蛋白形状的相似性，影响了脂肪球膜成分的有效分离。研究表明，向酪乳中添加2%～5%的柠檬酸钠，将酪蛋白粒子解离成为较小的状态；然后，用高速离心法（100 kg，50 min）将脂肪球膜成分沉淀出来[15]。或者，将柠檬酸盐处理的酪乳通过0.1 μm孔径的微滤膜，可制备出约含60%蛋白质和35%脂类的脂肪球膜浓缩物[16]。在浓缩物的蛋白质组分中，脂肪球膜蛋白为70%、残留蛋白6%、乳清蛋白24%。Sachdeva and Buchheim[17]向酪乳中添加凝乳酶或酸化剂，调节pH值至4.6，通过沉淀法从酪乳中除去酪蛋白后，可用0.2 μm孔径的膜对酪乳进行微滤。

显然，应用微滤工艺可在工业规模上从酪乳中提取脂肪球膜成分。然而，也应考虑非脂肪球膜成分如含柠檬酸的滤过物或酪蛋白组分沉淀物的有效利用问题。此外，微滤工艺条件的优化、现有提取原料（酪乳）的特性对脂肪球膜成分分离提取效果的影响仍需要做更深入的研究。

应用有机溶剂很容易从脂肪球膜蛋白中分离出不同的脂类，但难以排除产品中可能存在的残留溶剂。超临界二氧化碳流体萃取法优于传统的溶剂萃取法。Astaire等[18]用超临界二氧化碳流体萃取工艺（SFE）从微滤浓缩物中除去非极性脂类物质，获得较高浓度的磷脂和脂肪球膜蛋白。但是，不能够将磷脂和蛋白质分开。

4 乳脂肪球膜的特性与应用

4.1 乳化特性

从新鲜的酪乳或稀奶油中分离出的脂肪球膜组分是一种高效天然表面活性物质，具有较高的乳化活性[15]，能够稳定豆乳的水包油型乳浊液，这种乳化活性是由于磷脂降低了界面张力的作用。

然而，从目前工业酪乳中分离出的脂肪球膜成分的乳化活性却很差[15]。可能是在奶油制造过程中，热处理及搅拌工艺影响了脂肪球膜的功能特性。研究表明，对乳进行加热处理后，β-乳球蛋白能够与脂肪球膜结合，分子之间形成二硫键。并且，开始结合的温度（60～65℃）低于蛋白质的变性温度（78℃），最大结合量约占β-乳球蛋白总量的1%[19]。α-乳白蛋白和κ-酪蛋白也能够与脂肪球膜发生少量结合。有研究认为这种结合主要是对乳进行均质处理造成的，在新鲜乳脂肪球膜中不存这种现象。

黄嘌呤氧化酶和嗜乳脂蛋白的热凝聚温度（60℃，10 min）低于PAS 6和PAS 7（80 ℃）[9]。对全乳进行热处理后，黄嘌呤氧化酶和嗜乳脂蛋白会固定在脂肪球膜上，而PAS 6/7容易转移到乳清中。此外，在加热过程中，磷脂也能够与其他成分一起迁移到水相中。但不能确定是由于热处理或搅拌是导致脂肪球膜破裂的主要原因。总之，对全乳或稀奶油即使进行低于巴氏杀菌温度（70℃，15 s）的热处理，能够显著改变脂肪球膜的组成，从而影响脂肪球膜的功能特性。

4.2 制备微脂囊

微脂囊是由两极性分子通常是磷脂组成的泡囊。呈球形结构，直径从20 nm到几个微米，由一个或许多磷脂双分子层合围一个水核组成。在微脂囊形成过程中，疏水分子被结合在脂质双层中，而亲水分子被包围在水核中。

微脂囊常用于制药和化妆品工业领域，捕获或控制药物或营养成分的释放。在食品工业领域也有良好的应用前景，保护敏感成分、增加食品添加剂的功效、限制异味产生。

制备微脂囊的方法有许多文献报道[20]，一般从大豆和蛋黄中纯化磷脂制备微脂囊。从脂肪球膜中提取的磷脂与从大豆或蛋黄提取的磷脂在组成上有较大的差异。脂肪球膜中含有丰富的神经鞘磷脂，其主要的脂肪酸是饱和脂肪酸和单不饱和脂肪酸，这些差别可能影响制备出的微脂囊的结构与特性。很可能利用脂肪球膜磷脂的独特组成成分制成微脂囊，在传递和保护敏感化合物，提高其功能特性方面表现出重要作用。

4.3 对人体健康的作用

近期研究表明，脂肪球膜磷脂与一些脂肪球膜蛋白有抗癌活性[21-22]。从脂肪球膜中分离出的脂肪酸键合蛋白，在很低的浓度时，能够抑制体外乳腺癌细胞生长。同样地，在人和牛脂肪球膜萃取物中发现的BRCA1和BRCA2具有抑制乳腺癌的作用。脂肪球膜中神经鞘磷脂的抗癌作用主要是通过其代谢产物鞘氨醇和神经胺而体现的，它们能够调节重要的跨膜信号机制，从而影响细胞的生长、发育和分化。神经鞘磷脂也能够减少化学物质诱导鼠结肠癌和异常腺窝点（结肠瘤发育的早期指示剂）的发生率。也具有抵抗老年综合症、压力反应症状、细胞凋亡和老年痴呆症的作用。神经鞘磷脂也具有抑制结肠瘤的作用，并且能够抑制肠道对胆固醇的吸收。

也有研究报道中提出，脂肪球膜的主要蛋白质嗜乳脂蛋白对人类健康有不良作用，诱发多发性硬化症和孤独症。此外，脂肪球膜对诱发冠心病的影响，也存在不一致的研究报道[21]。这些研究是在体内或体外动物模型中获得的研究结果，以此推论对人体健康或诱发疾病的影响应当谨慎[23]。

5 结 论

对脂肪球膜中存在的主要蛋白质的分离鉴定及生物学功能研究取得了显著进步。应用微滤分离工艺从酪乳中提取脂肪球膜，实现规模化生产基本可行，但仍存在问题，即使温和的加工处理条件，也很容易引起脂肪球膜蛋白的变性与凝聚，影响其功能特性。因此，仍需要进行分离提取工艺的改进研究。脂肪球膜特定成分对人类健康的作用备受关注，需要进行更深入的研究。

[1]MATHER I H,KEENAN T W.Origin and Secretion of Milk Lipids[J].J.Mammary Gland Biol.Neoplasia,1998,3（3）:259–273.

[2]KEENAN T W.Milk Lipid Globules and Their Surrounding Membrane:a Brief History and Perspectives for Future Research [J].J.Mammary Gland Biol Neoplasia,2001,6(3):365–371.

[3]HEID H W,KEENAN T W.Intracellular Origin and Secretion of Fat Globules[J].Eur.J.Cell Biol.,2005,84(2-3):245–258.

[4]EVERS J M.The Milk Fat Globule Membrane—Compositional and Structural Changes Post Secretion by the Mammary Secretory Cell[J].Int.Dairy J.,2004,14(8):661–674.

[5]MATER IH.A Review and Proposed Nomenclature for Major Proteins of the Milk Fat Globule Membrane [J].J.Dairy Sci.,2000,83(2):203–247.

[6]DANTHINE S,BLECKER C,PAQUOT M,INNOCENTE N,DEROANNE C.Progress in Milk Fat Globule Membrane Research:A Review[J].Lait,2000,80(2):209–222.

[7]MANTHER IH,WEBER K,KEENAN TW.Membranes of Mammary Gland:XII.Loosely Associated Proteins and Compositional Heterogeneity of Bovine Milk Fat Globule Membrane [J].J.Dairy Sci.,1977,60(3):394–402.

[8]MATHER I,JACK LJW.A Review of the Molecular and Cellular Biology of Butyrophilin,the Major Protein of Bovine Milk Fat Globule Membrane[J].J.Dairy Sci.,1993,76(12):3832–3850.

[9]YE A,SINGH H,TAYLOR MW,et al.Characterization of Protein Components of Natural and Heat-treated Milk Fat Globule Membranes[J].Int Dairy J,2002,12(4):393–402.

[10]HVARREGAARD J,ANDERSON MH,BERGLUND L,et al.Characterization of glycoprotein PAS 6/7 from Mmembranes of Bovine Milk Fat Globules[J].Eur.J.Biochem,1996,240(3):628–636.

[11]JENSEN RG.The Composition of Bovine Milk Lipids,January 1995 to December 2000[J].J Dairy Sci.,2002,85(2):295–350.

[12]WALSTRA P.Some Comments on the Isolation of Fat Globule Membrane Material[J].J.Dairy Res.,1985,52(2):309–312.

[13]KEENAN TW,DYLEWSKI DP.Advanced Dairy Chemistry 2 Lipids[M].London’Chapman&Hall,1995:89.

[14]JENSEN RG,NEWBERG DS.Handbook of Milk Composition[M].San Diego(USA)’Academic Press,1995:543.

[15]CORREDIG M,DALGLEISH DG.Isolates from Industrial Buttermilk:Emulsifying Properties of Materials Derived from the Milk Fat Globule Membrane[J].J.Agric.Food Chem.,1997,45(12):4595–4600.

[16]CORREDIG M,ROESCH RR,DALGLEISH DG.Production of a Novel Ingredient from Buttermilk[J].J.Dairy Sci.,2003,86(9):2744–2750.

[17]SACHDEVA S,BUCHHEIM W.Recovery of Phospholipids from Buttermilk Using Membrane Processing[J].Kiel Milchwirtsch Forschungsber,1997,49(1):47–68.

[18]ASTAIRE JC,WARD R,GERMAN JB,et al..Concentration of Polar MFGM Lipids from Buttermilk by Microfiltration and Supercritical Fluid Extraction[J].J.Dairy Sci.,2003,86(7):2297–2307.

[19]YE A,SINGH H,OLDFIELD DJ,et al.Kinetics of Heat-induced Association of β -lactoglobulin and α -lactalbumin with Milk Fat Globule Membrane in Whole Milk [J].Int.Dairy J.,2004,14(5):389–398.

[20]KIM HY,BAIANU IC.Novel Liposome Microencapsulation Techniques for Food Applications[J].Trends Food Sci.Technol.,1991,2:55–61.

[21]SPITSBERG VL.Invited Review:Bovine Milk Fat Globule Membrane as a Potential Nutraceutical[J].J Dairy Sci,2005,88(7):2289–2294.

[22]Koen Dewettinck,Roeland Rombauta,Natacha Thienpont,et al.Nutritional and technological aspects of milk fat globule membrane material[J].International Dairy Journal,2008,18(5);436-457.

[23]SNOW DR,JIMENEZ-FLORES R,WARD RE,CAMBELL J,et al.Dietary Milk Fat Globule Membrane Reduces the Incidence of Aberrant Crypt Foci in Fischer-344 Rats[J].J Agric Food Chem,2010,58(4):2157-2163.

Research development of composition and application of milk fat globule membrane

QIAO Fa-dong
(Bio-engineering College,Henan University of Technology,Zhengzhou 450001，China)

this review focuses on current research relating to the components and the isolating and exploiting methods of milk fat globule membrane for effective use of it.

milk fat globule membrane；composition；isolation method；application

TS252.1

A

1001-2230（2011）11-0035-04

2011-08-10

乔发东（1963-），男，副教授，研究方向为乳品与肉品科学。